PDF《博士学位论文公示材料》

―1― 博士学位论文公示材料 学生姓名 王俊生 学号

1410368 二级学科 导航、制导与控制 导师姓名 杨光红 论文题目 模型未知线性动态系统的数据驱动容错控制方法研究 论文研究方向 数据驱动控制 论文关键词 数据驱动控制;

容错控制;

最优控制;

输出反馈控制;

模型未知系统;

PID 控制系统;

温控系统;

直流伺服系统;

子空间辨识;

近似动态规划 论文摘要(中文) 随着控制系统的复杂度和规模日益增加,保证其长期可靠运转正变得愈发困难.

尤其在严重关系 人身和财产安全的领域(比如航空、航天、核电等) ,一个很小的故障如果未经恰当处理,即可引发灾 难性事故.为使故障发生时整个系统的性能仍然在可接受的范围内,容错控制技术在上述领域中备受 关注.在过去三十年间,基于解析冗余的容错控制方法得以迅猛发展.该方法无需任何硬件备份,而 是用被控对象的数学模型,完成系统中各部件间的功能冗余,从而设计控制器达到容错的目的.然而, 对于某些复杂的工业系统(如大型化工过程) ,传统机理分析方法难以给出精确数学模型.这使得基于 模型的容错控制理论无法妥善处理此类系统中的故障.但是,得益于信息技术的普及,人们可以在工 业现场测得该类系统的大量输入输出数据.由于这些数据隐含了被控对象的内在特征,所以如何有效 利用现场数据实现容错控制(即数据驱动容错控制)是当前学术界与工业界的研究热点.因此,数据 驱动容错控制方法研究具有重要的理论价值和实际意义.然而,现阶段的相关研究仍处于起步阶段, 许多开放性问题急待解决. 为此,本文基于近似动态规划(ADP)和子空间辨识等技术,研究了模型未知线性动态系统的数 据驱动输出反馈容错控制问题.其中,第

三、

四、五章针对处于设计阶段的被控对象(即开环系统) 给出了容错优化控制方法;

第

六、七章针对已投入运营的 PID 系统(即闭环系统)论述了容错补偿控 制策略;

在无随机测量噪声和过程噪声(即这些噪声对系统影响非常小可被忽略)的条件下,针对执 行器故障和被控对象故障, 第

三、 四章基于 ADP 技术分别致力于解决输出反馈容错线性二次调节 (LQR) 问题和L2控制问题;

第五章进一步探索了在随机噪声下用ADP方法实现容错近似最优控制的技术途径;

第六章探讨了应对数字 PID 系统中执行器故障和被控对象故障的容错补偿方案;

第七章提出了 PID 控 制系统中多个同时存在的传感器漂移故障的容错补偿策略.上述理论结果均已通过实验或仿真测试. 全文各章的主要内容如下.

第一章论述了研究背景及意义,并总结了数据驱动容错控制方法的国内外研究现状.

第二章介绍了本文常用的数学符号以及两个实验平台(直流伺服系统和双室电加热炉温控系统) 的软硬件环境.

第三章提出了基于满秩变换矩阵的残差产生器的数据驱动设计方法,并建立了故障检测机制;

借 助该满秩变换矩阵,构建了系统状态向量与输入输出数据之间的关系;

进而设计了一种新的输出反馈 ADP 方法,来实现具有多路输出的模型未知线性时不变(LTI)离散系统的 LQR 最优控制;

构造了基 于输入输出数据和故障检测机制的时变值函数逼近结构;